Leccion 3. Esquema de depuracion

La depuración de las aguas residuales, a cualquier escala, tiene como objetivos principales la protección de la salud pública y la conservación de la calidad hidrobiológica de los ecosistemas acuáticos.

El diseño de una depuradora dependerá, inicialmente, del origen (tipo) de agua a tratar, de las características fisicoquímicas del efluente y del cumplimiento de la legislación vigente.

3.1. ¿Qué es una depuradora?

Una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) o Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR), es el conjunto de procesos y operaciones unitarias encaminadas a la depuración de las aguas residuales antes de su vertido al cuerpo receptor, mitigando el daño al medio acuático (Lozano-Rivas, Antecedentes y Definiciones Básicas - Presentaciones del curso "Diseño de Depuradoras de Aguas Residuales". (Documento en PDF), 2012).

De esta manera, la depuración de las aguas residuales busca eliminar o disminuir la concentración de sustancias o elementos contaminantes que afectan la calidad del agua o fuente receptora para un uso específico.

3.2. Operaciones y procesos unitarios de una depuradora

Debemos recordar que la diferencia entre operaciones unitarias y procesos unitarios radica en que las primeras (operaciones unitarias) hacen referencia a unidades y procedimientos en donde prevalecen mecanismos de tipo físico en las que no se presentan cambios a nivel químico (e.g. una rejilla de retención de sólidos, un desarenador) mientras que los procesos unitarios involucran reacciones químicas o bioquímicas y cambios a nivel molecular (e.g. una unidad de coagulación y floculación, un reactor biológico, una torre de adsorción, una cámara de desinfección).

De esta manera, los contaminantes de las aguas residuales pueden ser eliminados o reducidos mediante la aplicación de uno o más fenómenos de tipo:

· Físico (operaciones unitarias de separación física)

· Químico (procesos unitarios de transformación química)

· Biológico (procesos unitarios de transformación bioquímica)

En los procesos unitarios de transformación bioquímica o reactores biológicos, la degradación, reducción o eliminación de contaminantes se consigue por la intervención de microorganismos que aprovechan la materia orgánica soluble e insoluble para alimentarse, generar nuevos compuestos, gases y energía, así como también para multiplicarse, generando nuevas células (síntesis celular). Estos procesos biológicos pueden dividirse en dos grandes grupos:

· Procesos Aerobios

o En presencia del oxígeno libre generado por algas o alimentado por dispositivos mecánicos.

· Procesos Anaerobios

o en ausencia de oxígeno libre

Estos procesos y operaciones unitarias intervienen en diferentes etapas de la depuración de las aguas residuales. El esquema de depuración se representa en la Ilustración 3:

Ilustración 3. Esquema del tratamiento de las aguas residuales. Tomado del material de clase para las asignaturas de Tratamiento de Aguas Residuales de Lozano-Rivas, W.A.

Esta clasificación, mundialmente aceptada, corresponde al grado de depuración obtenida, como se muestra en la Tabla 5.

 

Tabla 5. Características de las etapas de la depuración de aguas residuales

Etapa

Objetivo

Unidades más representativas

Tipo de fenómenos principales involucrados

Niveles de eficiencia

Pretratamiento

Remover sólidos gruesos para evitar atascos, abrasión y daños a tuberías, bombas, equipos y a otros elementos de la depuradora.

· Pozo de gruesos

· Rejillas

· Desarenador

· Desengrasador

· Tanque de Igualación u homogenización (efluentes industriales, especialmente)

· Tanque de neutralización (efluentes industriales, especialmente)

Físicos.

Químicos (neutralización).

No se considera que se logren remociones significativas en DBO y SST.

Tratamiento Primario

Remover la mayor parte de la materia orgánica suspendida decantable.

· Decantadores primarios (por gravedad o asistidos químicamente)

· DAF (unidades de flotación por aire disuelto. Usadas para efluentes industriales, especialmente)

· Tamices (efluentes industriales, especialmente)

Físicos.

Químicos (decantación asistida).

DBO: hasta 50% (hasta 80% con decantación asistida)

SST: hasta 70% (hasta 85% con decantación asistida)

Tratamiento Secundario

Remover materia orgánica soluble y suspendida.

Eliminar patógenos y otros elementos contaminantes.

· Reactores biológicos aerobios (e.g. lodos activados, filtros percoladores, biodiscos, humedales, lagunas)

· Reactores biológicos anaerobios (e.g. UASB, RAP, EGSB)

Biológicos.

DBO: hasta un 92%

SST: hasta un 90 %

Tratamiento Terciario

Pulimento en la reducción de la materia orgánica.

Eliminación de contaminantes específicos (e.g. nitratos, patógenos, metales, pesticidas, disruptores endocrinos).

· Coagulación-floculación

· Adsorción

· Intercambio iónico

· Filtración

· Lagunas

· Desinfección

Químicos.

Biológicos.

Eficiencias variables de remoción, dependiendo del tipo de contaminan

(Lozano-Rivas, Material de clase para las asignaturas de Tratamiento de Aguas Residuales, 2012)

Adicional a la línea de aguas, en donde se emplean estas etapas para depurar los efluentes, se tienen la línea de manejo de gases y la de manejo de lodos.

3.3. Manejo de gases

Algunas unidades de tratamiento pueden liberar olores molestos (especialmente las anaerobias), los cuales pueden ser tratados en biofiltros. Estas unidades constan de un lecho de soporte (compuesto frecuentemente de compost maduro o turba) sobre el cual se adhieren microorganismos que, mediante procesos oxidativos, degradan las sustancias que producen los malos olores. La aspersión permanente de agua sobre el lecho, facilita la fijación y degradación de los compuestos oloroso; las unidades que usan este sistema de aspersión, se conocen como biolavadores (biotrickling). Buena parte del éxito del proceso depende del mantener unos niveles de humedad aceptables en el medio de soporte (50 a 60%).

 

Los gases (biogás) producto de la descomposición anaerobia de los lodos o de la materia orgánica en reactores biológicos, pueden ser empleados como combustible para la generación de energía y para elevar las temperaturas de los digestores de lodos, con lo que se acelera el proceso de estabilización de los biosólidos. No obstante, en la mayoría de las depuradoras colombianas, este gas no se aprovecha y es quemado en unas estructuras diseñadas para este propósito, llamadas “quemadores”.

Foto 2. Quema de biogás. PTAR Salitre, Bogotá D.C. Fuente: Lozano-Rivas, 2001.

3.4. Manejo de lodos

La línea de lodos tiene como objetivo, tratar los subproductos sólidos (fangos) originados en la línea de agua de la depuradora. Estos lodos (llamados también biosólidos) deben ser reducidos en volumen para facilitar su manejo (Espesamiento), ser estabilizados para evitar fermentaciones y crecimiento de organismos patógenos (Digestión) y deshidratarse para conseguir una buena textura que facilite su manejo y transporte hacia su uso o disposición final (Deshidratación).

Los biosólidos de una depuradora pueden usarse, siempre y cuando estén libres de patógenos, metales y otros elementos tóxicos y peligrosos, como acondicionadores de suelo en campañas de reforestación o recuperación de áreas degradadas. Por la experiencia del autor, esta condición sólo se da en lodos de depuradoras que manejen casi de forma exclusiva, aguas residuales domésticas. Cuando se mezclan efluentes de tipo industrial, como ocurre en la mayoría de depuradoras de aguas residuales municipales, esta condición rara vez se puede asegurar, razón por la cual son dispuestos en un relleno sanitario.

Ilustración 4. Etapas del tratamiento de lodos (CIDTA. Universidad de Salamanca, 2005).